纵向地震下1000kV出线构架的输电导线耦合作用振动台试验研究

为研究纵向地震作用下输电导线的动力耦合作用对1000kV出线构架地震响应的影响机理并讨论不同输电导线垂跨比的影响,开展了缩尺比为1∶15的考虑输电导线动力耦合作用的单跨1000kV出线构架振动台试验研究,其中输电导线采用基于等效动力刚度的无质量弹簧模拟。试验采用人工质量相似模型并使用原材料,设计、加工了高精度的构架试验模型和输电导线等效试验模型,选取20条真实地震记录对试验模型进行纵向激励并采用白噪声记录进行扫频分析以检测结构的完好性。结合试验现象对比分析考虑与不考虑输电导线动力耦合作用的两类模型的结构响应,分析发现:输电导线与构架的动力耦合作用较强,削弱了构架的地震响应;随着垂跨比的减小,被悬挂系统耗散的能量增大,输电导线对构架的弹性约束增强,构架的地震响应进一步被削弱。此外,对试验模型进行数值重现分析,发现试验与数值所得的位移时程曲线拟合较好,结构最大位移误差较小,说明有限元方法可以较好地模拟输电导线的动力耦合作用。

悬挂系统的动力耦合作用对1000kV出线构架地震响应和极限承载力的影响研究

1000kV出线构架是特高压变电站内重要的下部支承结构,为了研究悬挂系统的动力耦合作用对其地震响应和极限承载力的影响,选取输电导线的6种垂跨比和5种档距作为分析工况,采用7组真实远场记录作为地震激励。首先比较各工况在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震下的构架地震响应,然后讨论构架的全过程曲线、强震失效模式和极限承载力,最后提出考虑悬挂系统动力耦合作用的构架结构响应和极限承载力的预测模型。研究表明:悬挂系统的动力耦合作用是输电导线的初始水平张力作用、地震激励下的弹性约束作用和耗能减震作用的三者叠加;构架的变形路径、塑性发展规律、失效模式和极限承载力对垂跨比和档距都非常敏感;输电导线初始水平张力影响构架在强震作用下的破坏属性;构架结构响应和极限承载力的预测模型可为其抗震设计提供理论支持。